61 Pm بروميثيوم 145*
لانثانيد المستوى الفرعي f الدورة 6 مشعة اصطناعي

بروميثيوم

Pm · العنصر 61 · لانثانيد

اللانثانيد الوحيد الذي لا يملك نظيرًا مستقرًا؛ تحلل واختفى، وكان لا بد من صنعه في مفاعل.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 145 u
التوزيع الإلكتروني[Xe] 4f⁵ 6s²

البنية

ذرة بروميثيوم

ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.

سحابة المدار

القيم المقاسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع بروميثيوم بين جميع العناصر الـ118 بالنسبة إلى تلك الخاصية.

الفيزيائية

الكثافة 7.26 g/cm³ 46%
نقطة الانصهار 1315 K 57%
نقطة الغليان 3273 K 68%
الحرارة النوعية 0.18 J/g·K
الموصلية الحرارية 17.9 W/m·K 45%

الذرية

نصف القطر الذري 183 pm 72%
نصف القطر التساهمي 199 pm
نصف قطر فان دير فالس 236 pm

الإلكترونية

الكهروسلبية 1.13 14%
طاقة التأين 538.4 kJ/mol 13%
الألفة الإلكترونية —

الوجود

الوفرة في القشرة 0 mg/kg 0%

الهوية

الرمزPm
العدد الذري61
الكتلة الذرية145 u
الفئةلانثانيد
المستوى الفرعيf
البنية البلوريةمعيني الوجه
حالات الأكسدة+3
سنة الاكتشاف1945
اكتشفهMarinsky, Glendenin & Coryell

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق المقياس

ما حجم ذرة بروميثيوم؟

نصف القطر 183 pm — أي 0.183 nm، ولذلك فإن نحو 2.73 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.

المدى الحراري

صلب، سائل، غاز — ومتى

يكون بروميثيوم سائلًا ضمن مجال 1958 K، من 1315 K إلى 3273 K.

موضعه

موضعه في الجدول

تقع بروميثيوم في سلسلة لانثانيد، المطبوعة أسفل الشبكة الرئيسية.

عناصر اللانثانيدات الأخرى

جميع عناصر اللانثانيدات

القصة

ماهيّة بروميثيوم وكيف اكتشفناه

اللانثانيد الوحيد الذي لا يملك نظيرًا مستقرًا؛ تحلل واختفى، وكان لا بد من صنعه في مفاعل.

اكتشاف بروميثيوم

🔍 لغز العنصر المفقود

تنبؤ مندليف (1869)

عندما نظم ديمتري مندليف الجدول الدوري، تنبأ بوجود عنصر بين النيوديميوم والساماريوم، وأطلق عليه اسم "إيكا-نيوديميوم". وظل هذا العنصر قرابة 70 years أكثر الأجزاء المفقودة استعصاءً على الاكتشاف في الكيمياء.

الادعاءات الكاذبة والالتباس (1900s-1920s)

ادعى عدة علماء اكتشاف العنصر 61:

  • 1902: ظن بوهوسلاف براونر أنه وجده في بقايا العناصر الأرضية النادرة
  • 1914: أشارت دراسات هنري موزلي بالأشعة السينية إلى وجوده
  • 1924: ادعى علماء إيطاليون عزله من المونازيت البرازيلي

ثبت لاحقًا عدم صحة جميع الادعاءات بسبب تقنيات الفصل غير الكافية والتلوث بالعناصر المجاورة.

اختراق أوك ريدج (1945)

تمكن تشارلز كورييل، وجاكوب مارينسكي، ولورنس غليندنن في مختبر أوك ريدج الوطني أخيرًا من عزل العنصر 61 من نواتج انشطار اليورانيوم أثناء مشروع مانهاتن. وباستخدام كروماتوغرافيا التبادل الأيوني المتقدمة، حددوا العنصر المشع وفصلوه بشكل قاطع.

الجدل حول التسمية (1945-1950)

اقترح المكتشفون في البداية اسم "أتوميوم" نسبةً إلى العصر الذري، لكن الاسم رُفض. وبعد سنوات من النقاش، اختاروا "البروميثيوم" نسبةً إلى بروميثيوس، الجبار اليوناني الذي سرق النار من الآلهة، رمزًا لسيطرة البشرية على النار النووية.

التحقق العلمي

تأكد الاكتشاف من خلال:

  • تحليل إشعاع بيتا الذي أظهر أنماط تحلل مميزة
  • التحليل البلوري بالأشعة السينية لمركبات البروميثيوم
  • مطيافية الكتلة التي أكدت الكتلة الذرية 147
  • الفصل الكيميائي الذي أثبت خصائص اللانثانيد
⚡ الأثر التاريخي: شكّل اكتشاف البروميثيوم اكتمال سلسلة اللانثانيد، وأثبت إمكانية ملء جميع الفجوات في الجدول الدوري الواقعة أسفل اليورانيوم من خلال التخليق النووي.

الاستخدامات

استخدامات بروميثيوم

🚀 التطبيقات النووية المتقدمة

يؤدي البروميثيوم، وهو عنصر الأرض النادرة المشع الوحيد الذي لا يمتلك نظائر مستقرة، أدوارًا فريدة في التقنيات النووية المتخصصة. يولد Promethium-147 إشعاع بيتا بمستوى طاقة آمن نسبيًا (225 keV)، مما يجعله مثاليًا للبطاريات النووية التي تزود بعثات الفضاء السحيق بالطاقة، حيث تكون الألواح الشمسية غير فعالة.

تقنية استكشاف الفضاء

تستخدم NASA ووكالات فضاء أخرى مولدات البروميثيوم الكهروحرارية بالنظائر المشعة (RTGs) للمركبات الفضائية المتجهة إلى ما وراء المشتري، حيث تصبح الطاقة الشمسية غير كافية. توفر مصادر الطاقة المدمجة هذه كهرباء موثوقة لعقود لأجهزة القياس في البعثات إلى زحل ويورانيوم والفضاء بين النجوم.

تطبيقات البحوث الطبية

في الطب النووي، يُستخدم البروميثيوم-147 كمتتبّع باعث لبيتا لدراسة العمليات الأيضية ووظائف الأعضاء. ويسمح عمر النصف القصير نسبيًا (2.6 years) بإجراء تصوير تفصيلي مع تقليل التعرض طويل الأمد للإشعاع لدى المرضى.

الأجهزة الدقيقة

تستخدم الأدوات العلمية المتقدمة البروميثيوم مقياسًا للسماكة لقياس المواد فائقة الرقة في تصنيع أشباه الموصلات. ويوفر انبعاث بيتا الثابت قياسات دقيقة ضرورية لمراقبة الجودة في إنتاج الإلكترونيات الدقيقة.

أنظمة الإضاءة المتخصصة

تستخدم لافتات مخارج الطوارئ ولوحات أجهزة الطائرات الخصائص الفوسفورية للبروميثيوم، إذ يثير إشعاع بيتا الطلاءات الفوسفورية لإنتاج إضاءة ذاتية التشغيل تستمر سنوات من دون مصادر طاقة خارجية.

⚠️ يلزم التعامل الخاص: تتطلب جميع تطبيقات البروميثيوم بروتوكولات صارمة للسلامة الإشعاعية وأنظمة احتواء متخصصة بسبب طبيعته المشعة.

🔬 الاستخدامات العلمية المتخصصة

البطاريات النووية

يزود البروميثيوم-147 الخلايا البيتاڤولطية المستخدمة في أجهزة تنظيم ضربات القلب، ومحطات الطقس البعيدة، والمعدات العلمية في البيئات القاسية بالطاقة. توفر هذه البطاريات طاقة ثابتة لمدة 10-20 years من دون صيانة، مما يجعلها ذات قيمة كبيرة للمنشآت التي يصعب الوصول إليها.

تقنية الطلاء المضيء

تستخدم الصناعات العسكرية وصناعات الطيران الطلاء الإشعاعي الضوئي القائم على البروميثيوم لأقراص أجهزة القياس، وعلامات البوصلات، وأنظمة إضاءة الطوارئ. وتلغي خاصية الإضاءة الذاتية الاعتماد على مصادر الضوء الخارجية في التطبيقات الحرجة.

معدات مختبرات البحوث

تستخدم مرافق البحوث العلمية مصادر البروميثيوم لمعايرة إشعاع بيتا لمعدات الكشف، مما يضمن قياسات دقيقة في تجارب الفيزياء النووية وأنظمة الرصد البيئي.

أنظمة مراقبة الجودة

تستخدم الصناعات التحويلية البروميثيوم-147 في أنظمة مراقبة السماكة لإنتاج الورق والبلاستيك والصفائح المعدنية، مما يوفر ضمانًا فوريًا للجودة من دون تلامس مادي مع المواد.

🚀 التطبيقات الناشئة

  • بطاريات نووية دقيقة لمستشعرات إنترنت الأشياء (IoT)
  • مصادر طاقة لمعدات استكشاف أعماق البحار
  • أنظمة معايرة مستشعرات المركبات ذاتية القيادة
  • أنظمة إضاءة الطوارئ في الموائل الفضائية

مصدره

الوجود الطبيعي

0 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 0% من العناصر

🧪 أصل اصطناعي فريد

انعدام الاستقرار الطبيعي

يتميز البروميثيوم بأنه اللانثانيد الوحيد الذي لا يمتلك نظائر مستقرة. وعلى خلاف عناصر الأرض النادرة الأخرى الموجودة في الرواسب المعدنية، يوجد البروميثيوم طبيعيًا بكميات ضئيلة فقط بوصفه ناتج انشطار في خامات اليورانيوم، بتركيزات ضئيلة إلى حد يصعب معه كشفها عمليًا.

الإنتاج في المفاعلات النووية

ينشأ كل البروميثيوم المستخدم اليوم تقريبًا من عمليات المفاعلات النووية. وينتج النظير الأكثر فائدة، Promethium-147، عن قذف النيوديميوم-146 بالنيوترونات في مفاعلات بحثية متخصصة، بمردود عالمي يبلغ تقريبًا 1-2 grams سنويًا.

التخليق النووي النجمي

يتكون البروميثيوم في الكون أثناء العمليات النووية النجمية، لكنه يتحلل بسرعة كبيرة بحيث لا يتراكم بكميات قابلة للكشف. وقد حدد علماء الفلك خطوطًا طيفية للبروميثيوم في بعض النجوم المتغيرة، مما يوفر رؤى حول ظروف باطن النجوم وآليات التخليق النووي.

سلسلة تحلل اليورانيوم

ينتج انشطار اليورانيوم-235 الطبيعي أحيانًا نظائر البروميثيوم، لكنها تتحلل خلال سنوات إلى عقود. وحتى في أغنى الرواسب باليورانيوم، تظل تركيزات البروميثيوم أقل من 10⁻¹⁸ grams لكل kilogram من الخام.

التخليق المختبري

تنتج مرافق البحوث البروميثيوم من خلال:

  • تنشيط النيوترونات لأهداف النيوديميوم
  • قذف الأيونات لعينات الساماريوم
  • فصل نواتج الانشطار من المفاعلات النووية
  • التخليق باستخدام مسرعات الجسيمات بكميات بحثية
💎 ندرة قصوى: يُعد البروميثيوم أحد أندر العناصر على الأرض، إذ تُقدّر المخزونات العالمية الإجمالية بأقل من 1 kilogram في أي وقت.

التعامل

السلامة

بروميثيوم مشع. لا يملك نظيرًا مستقرًا — تتحلل كل نواة. يتطلب التعامل معه تدريعًا وترخيصًا مناسبين.

☢️ السلامة الإشعاعية بالغة الأهمية

مخاطر الإشعاع

الخطر الأساسي: يصدر البروميثيوم-147 إشعاع بيتا (إلكترونات) بطاقة قصوى تبلغ 225 keV. وعلى الرغم من أن التعرض الخارجي منخفض الخطورة نسبيًا بسبب اختراق جسيمات بيتا المحدود، فإن التلوث الداخلي يشكل تهديدات خطيرة للصحة.

معدات الوقاية الشخصية

  • معطف مختبري وقفازات من النتريل (بطبقتين)
  • نظارات واقية مزودة بواقيات جانبية
  • حماية تنفسية عند التعامل مع المساحيق
  • ضرورة استخدام شارات قياس الجرعة الشخصية

إجراءات التعامل

يجب إجراء العمل في خزانات سحب أبخرة إشعاعية ذات ضغط سلبي. استخدم أدوات التعامل عن بُعد متى أمكن. يُمنع الأكل أو الشرب أو وضع مستحضرات التجميل في مناطق العمل بالبروميثيوم. حافظ على رقابة صارمة على مخزون جميع المصادر.

منع التلوث

يجب تغطية أسطح العمل بورق ماص ذي طبقة خلفية بلاستيكية. راقب اليدين والملابس ومناطق العمل باستخدام معدات كشف الإشعاع قبل مغادرة المختبر. أزل تلوث الأسطح بمحاليل التنظيف المناسبة.

إجراءات الطوارئ

حوادث التلوث: أبلغ مسؤول السلامة الإشعاعية فورًا. انزع الملابس الملوثة واستحم جيدًا. اطلب تقييمًا طبيًا لاحتمال التعرض الداخلي. يتطلب تنظيف الانسكابات إجراءات ومعدات متخصصة.

متطلبات التخزين

خزّن المواد في حاويات محمية داخل مناطق إشعاعية مقفلة ومعلّمة. احتفظ بسجلات درجات الحرارة وجداول الفحص البصري. يجب جرد المصادر شهريًا واختبار عدم تسربها سنويًا.

🚨 الطوارئ: اتصل بمسؤول السلامة الإشعاعية في المؤسسة فورًا عند وقوع أي حادث متعلق بالبروميثيوم أو الاشتباه في حدوث تلوث.

إجابات سريعة

أسئلة شائعة عن بروميثيوم

ما هو بروميثيوم؟

بروميثيوم (رمزه Pm) هو العنصر 61 في الجدول الدوري، وينتمي إلى لانثانيد في الدورة 6. اللانثانيد الوحيد الذي لا يملك نظيرًا مستقرًا؛ تحلل واختفى، وكان لا بد من صنعه في مفاعل. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً، وهو مشع.

ما التوزيع الإلكتروني لـ بروميثيوم؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـبروميثيوم هو [Xe] 4f⁵ 6s²، ويشغل 6 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 23, 8, 2.

ما نقطتا انصهار وغليان بروميثيوم؟

ينصهر بروميثيوم عند 1315 K (1041.9 °C) ويغلي عند 3273 K (2999.9 °C).

ما الكتلة الذرية لـ بروميثيوم؟

لا يملك بروميثيوم أي نظير مستقر، ولذلك لا يملك وزناً ذرياً معيارياً. والرقم المذكور، 145، هو العدد الكتلي لأطول نظائره المعروفة عمراً.

ما كثافة بروميثيوم؟

تبلغ كثافة بروميثيوم مقدار 7.26 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من بروميثيوم أثقل بنحو 7.3×.

ما الكهروسلبية لـ بروميثيوم؟

تبلغ كهروسلبية بروميثيوم وفق مقياس باولنغ 1.13. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تعني قيمة كهذه الانخفاض أنه يمنح إلكتروناته الخارجية بسهولة، مكوِّنًا أيونات موجبة.

من اكتشف بروميثيوم ومتى؟

اكتُشف بروميثيوم في 1945 على يد Marinsky, Glendenin & Coryell. سُمّي على اسم بروميثيوس، الذي سرق النار من الآلهة.

ما مدى وفرة بروميثيوم على الأرض؟

لا يوجد بروميثيوم طبيعيًا على الأرض بأي كمية تُذكر — بل يُنتج في مفاعل أو مُسرّع.

هل بروميثيوم مشع؟

نعم. لا يوجد لـ بروميثيوم أي نظير مستقر — إذ تتحلل كل نواته. لا يوجد في الطبيعة بكميات قابلة للاستخدام، ويجب تصنيعه.